KURZUS: Elektrotechnika
MODUL: Váltakozóáramú hálózatok
30. lecke: Szimmetrikus háromfázisú hálózatok. Vonali- és fázisjellemzők. Aszimmetria
Tanulási célok | |||||||
A lecke áttanulmányozása után Ön képes lesz: | |||||||
| |||||||
Tananyag | |||||||
A villamos energiaellátás kezdeti időszakában a generátorokat és fogyasztókat független, pont-pont közötti összeköttetésekkel kötötték össze. Napjainkban a kontinenseket behálózzák a távvezetékek. Sok országot magukba foglaló egységes villamosenergia-rendszerek működnek. Az ellátó rendszerek, távvezetékek és berendezések létesítése és üzemeltetése költséges. A költségek optimalizálhatók háromfázisú hálózatok alkalmazásával. Ma a villamos energiaellátás csaknem kizárólag háromfázisú rendszerben történik. | |||||||
Három szinuszos feszültséggenerátor szimmetrikus generátorhármast alkot, ha | |||||||
| |||||||
A három "fázis" szokásos elnevezése: R, S és T fázis. A három fázis időfüggvénye a 30.1. ábrán látható. | |||||||
| |||||||
Az ábrán figyelemmel kísérhető, hogy bármely időpontban a három időfüggvény pillanatértékeinek összege nullát ad eredményül: | |||||||
. | |||||||
| |||||||
A három generátorból csillag és háromszög kapcsolást egyaránt képezhetünk. A 30.2. ábrán egy csillagkapcsolású generátorhármast csillagkapcsolású három impedancia terhel. A szimmetria feltétele a korábban a generátorokra tett kikötések mellett az, hogy a három terhelő impedancia legyen azonos. Ha ez teljesül, akkor például abban a pillanatban amikor az R és S fázis vezetékén a generátortól a terhelés felé folyik áram, a T fázis vezetékén éppen az előző két áram összege folyik ellenkező irányba. | |||||||
Ez indokolja, hogy a két csillagpontot nem kötjük össze, háromvezetékes rendszert használunk. Ha a két csillagpontot összekötnénk, ezen a negyedik vezetéken nem folyna áram a szimmetria következtében. | |||||||
A generátoron folyó áramot fázisáramnak, a generátoron eső feszültséget fázisfeszültségnek nevezzük. A távvezeték árama a vonali áram, feszültsége a vonali feszültség. Csillagkapcsolású generátorok esetében a fázisáram, If, és a vonali áram, Iv mint az előbb vizsgáltuk, megegyezik. | |||||||
Nem így a két feszültség. Kapcsolatukhoz rajzoljuk fel először a generátorok szimmetrikus vektorhármasát, -t, -t és -t (30.3. ábra). Három azonos hosszúságú, egymással 120°-os szöget bezáró feszültségvektor alkotja. A vonali feszültséget megfelelő két fázisfeszültség vektoriális különbségeként határozhatjuk meg. Például: | |||||||
. | |||||||
| |||||||
Vektorábránkon a vonalkázott terület egy egyenlő oldalú háromszög. Tudjuk, hogy ebben az oldalhosszúság, a és a magasságvonal, m hossza közötti összefüggés: | |||||||
Az oldalhosszúságnak a fázisfeszültség, a magasságnak a vonali feszültségnek a fele felel meg, ezért csillagkapcsolású generátoraink esetében az összefüggés: | |||||||
Háromszögkapcsolású generátorok esetén a fázis- és a vonali feszültség megegyezik. Az áramokra pedig a következő összefüggés érvényes. | |||||||
A háromfázisú hálózatok üzemeltetése során folyamatosan ügyelünk a szimmetria fenntartására. Ennek ellenére előfordulhat fáziskimaradás, aszimmetrikus terhelés, vagy más rendellenesség. | |||||||
Aszimmetria háromvezetékes rendszerben | |||||||
Az aszimmetria a 30.2. ábra szerinti csillag-csillag kapcsolású háromvezetékes rendszerben nem várt feszültség-eltolódásokat okoz. A két csillagpont között úgynevezett "csillagpont-eltolódás" jön létre. A csillagpontok közötti komplex amplitúdójú eltolódási feszültség szinuszos időfüggvényű. Az aszimmetria hatására az egyes fázisokra is a névleges feszültségtől eltérő nagyobb vagy kisebb feszültség jut. A névlegestől eltérő feszültség az üzemeltetett berendezések, eszközök tönkremenetelét vagy hibás működését okozza, tehát nem engedhető meg. | |||||||
Aszimmetria négyvezetékes rendszerben | |||||||
A feszültségtartást biztosítja és a két csillagpont közötti feszültségeltolódást akadályozza meg, ha a két csillagpontot egy negyedik vezetékkel összekötjük. Ez az úgynevezett nullvezeték. Rajta szimmetrikus esetben nem folyik áram. Aszimmetria esetén viszont szinuszos kiegyenlítő áram alakul ki benne. A kiegyenlítő áram biztosítja a fázisáramok kívánt aszimmetriáját, mely utóbbi pedig lehetővé teszi, hogy fázisonként eltérő terhelő impedanciák ellenére a fázisfeszültségek azonosak maradjanak. | |||||||
Ma otthonainkban és a gyárak, üzemek, intézmények számára a villamos energiaellátás szimmetrikus háromfázisú rendszerben történik. A fázisfeszültség ma szabványosan 230V-os effektív értékű. A közvélemény nagy része azonban a régi, megszokott és a feliratokon ma is szereplő 220V-os értéket ismeri. Lakásainkba tehát fázisfeszültség jut. Többlakásos épületben lakásonként más-más fázisról biztosítják a táplálást. Egy-egy fázisra sok lakást csatlakoztatva a szimmetria statisztikusan megvalósul. A nullvezetéknek a lakásokba, irodákba bevezetett szakasza természetesen az energiaellátáshoz szükséges teljes áramot vezeti, árammentessége szimmetria esetén csak a háromfázisú szakaszra érvényes. | |||||||
Magyarországon a villamos energiaellátó hálózat szabványosan földelt csillagpontú. Jó tudni, hogy az épületek fémből készült gáz- és vízvezetékei, a vízcsapok, az épületvasalás, a nedves padló a nullvezetékkel összeköttetésben van. A másik vezetéknek, az úgynevezett fázisvezetőnek az érintése ezért önmagában is elegendő lehet ahhoz, hogy zárt áramkör alakuljon ki, és áramütés következzen be. | |||||||
A nagyobb fogyasztók háromfázisú táplálást kapnak, és gyakran üzemeltetnek is háromfázisú gépeket, berendezéseket. Az előbb említett 220V-os fázisfeszültség effektív értékhez a | |||||||
vonali feszültség tartozik, amit például transzformátorállomások, elosztók, villamos közlekedéssel kapcsolatos létesítmények közelében, figyelmeztető feliratokon gyakran láthatunk. |
Ellenőrző kérdések | |||||||||||||
1. Mi egy háromfázisú hálózat szimmetriájának feltétele? A három fázis frekvenciájának
![]() | |||||||||||||
2. Mi egy háromfázisú hálózat szimmetriájának feltétele? A három fázis feszültségének
![]() | |||||||||||||
3. Mi egy háromfázisú hálózat szimmetriájának feltétele? A három fázisnak
![]() | |||||||||||||
4. Mi az összefüggés csillagkapcsolású generátorhármas esetén a vonali és a fázisáram között?
![]() | |||||||||||||
5. Mi az összefüggés csillagkapcsolású generátorhármas esetén a vonali és a fázisfeszültség között?
![]() | |||||||||||||
6. Mi az összefüggés háromszögkapcsolású generátorhármas esetén a vonali és a fázisáram között?
![]() | |||||||||||||
7. Mi az összefüggés háromszögkapcsolású generátorhármas esetén a vonali és a fázisfeszültség között?
![]() | |||||||||||||
8. Mi az aszimmetria következménye háromvezetékes rendszerben?
![]() | |||||||||||||
9. Mi az aszimmetria következménye négyvezetékes rendszerben?
![]() |